信息化背景下初中生物学实验优化设计策略

蒋沅芮　邓江萍

生物学实验因研究对象的特殊性，在教学中，存在生物材料难以获得、实验时间较长、微观实验不易观察等问题。中学阶段的生物学实验教学开展方式常常以传统的教师演示实验和学生模仿验证实验为主，过程和方法模式化。学生往往被动参与实验，这导致其对生物学实验的理解较为片面，在实验过程中自主设计与创新意识不强。《义务教育生物学课程标准》（2022年版）中提出了“推进现代信息技术与教学深度融合”的教学建议，鼓励教师在教学过程中积极运用信息技术，开发和利用数字化教学资源，促进学生自主学习。在生物学实验教学中利用信息技术，可以突破传统教学方式对实验材料、时间、设备等条件的限制，减轻师生负担，轻松高效地完成实验。将信息技术融入生物学实验，利用灵活多样的信息化手段转变实验教学方式，运用高效便捷的信息化工具优化改进实验教学内容，为学生搭建自主探究空间，推动实验课堂转型，从而使学生主动参与到多元化的探究学习中，在实践中构建生物学知识，迁移应用实验方法技能，发展科学探究思维，形成实践创新能力，培养生物学核心素养。笔者以人教版初中生物学教材七年级上册“探究种子萌发的条件”为例，优化实验设计，谈谈如何利用现代信息技术优化生物学实验教学。

一、实验的优化设计与意图

以人教版初中生物学七年级上册“探究种子萌发的条件”为例，笔者结合现代信息技术，将整个实验教学优化设计如表1所示。

实验中，笔者多次利用现代信息技术手段辅助教学，包括在线指导及分享、多媒体演示及分享、思维导图、数字化实验系统、交互评价与及时交流、数据统计、拍照等。这些现代化信息技术手段，能够突破课堂时空限制，激发学生学习兴趣，增强学生直观感受，帮助学生构建概念网络，指导学生自主探究。

（一）结合照片、视频记录，激发学习兴趣

随着智能手机的普及，在做生物学实验的过程中拍摄照片和录制视频不仅十分方便，还能使实验记录更清晰准确，便于解释和溯源。在本实验中，笔者安排学生用手机记录课前播种的过程，并制作成影集在课堂上分享（如图1）。这种多样而真实的展示方式能激发学生做实验的兴趣，促使学生积极参与到实验探究活动中。同时，将实验过程中记录的图片或视频，整理成直观生动的种子萌发过程图，将事实内化为概念，可巧妙化解知识难点。

（二）利用数字化实验系统，增强直观感受

初中生物学实验多为定性实验，但在实验教学中教师也应重视定量实验，通过量的变化让学生了解事物的本質。借助数字化实验系统，使用传感器及数据采集器，教师和学生能实时监测实验过程中各类物质含量的变化，再根据需求生成直观的数据图，轻松地将定性实验转变为定量实验，使实验现象更加直观清晰。

在以往传统实验的基础上，学生对于“使用大量水淹没种子达到隔绝空气的目的”存在疑问。在本实验中，笔者引导学生利用自制密封罐连接数字化实验系统中的氧气传感器和数据采集器，监测种子萌发过程中氧气含量的变化，再用数字化实验系统生成氧气含量变化曲线图，直观展示氧气变化（如图2）。这样做既能消除学生对该问题的争议，又可以同时连接二氧化碳传感器，检测二氧化碳含量的变化并生成曲线图，帮助学生突破后续教学中“种子萌发时进行呼吸作用需要消耗氧气、释放二氧化碳”这一教学难点。

（三）制作实验的思维导图，构建概念网络

思维导图能梳理知识点间的逻辑关系，构成概念网络，训练科学思维。运用软件绘制思维导图，简便、美观、高效。将思维导图的构建过程，贯穿于整个实验教学中，可以帮助师生梳理实验脉络，厘清变量间的逻辑关系，进而将实验结果转变为概念。

本实验中存在多个变量，教师运用软件制作种子萌发条件的思维导图（如图3），能指导学生快速而清晰地完成各变量的设置。实验结束后，根据实验结果，完善整理思维导图，教师就能帮助学生构建知识网络，促进概念的形成。

（四）录制微课，指导自主探究

微课是当下信息化教学中应用较为广泛的一种方式，能满足学生的个性化学习需求。教师在课前将实验过程制作成微课，在学生分组实验前运用微课对实验方法、步骤、注意事项等进行分段指导，帮助学生提高自主实验成功率。另外，教师还可以指导学生将自主实验过程录制成微课，便于师生分享展示和总结评价。

在本实验中，笔者通过展示自己录制的微课，帮助学生课后自主探究种子萌发的自身条件，再指导学生录制自主实验微课（如图4），作为分享交流、总结评价的依据。学生在微课录制的过程中，能梳理实验思路，完善改进实验不足，培养学生的探究精神和科学思维习惯，增强动手能力，进而内化知识。

（五）运用智慧课堂，突破时空限制

在课堂上运用智慧课堂平板，能实现师生、生生间的多元交互，即时分享展示文字、图片、视频等多种学习素材既丰富了实验教学资源，又提高了实验教学效率。在课后，学生也可运用智慧课堂平板，实现碎片化自主学习，还能突破传统课堂对时间和空间的限制，促使课堂转型。

在本实验教学的前、中、后期，智慧课堂平板都发挥作用，能在线指导学生进行自主拓展探究，实现师生、生生即时分享交流，便于拓展实验宽度，提高实验探究效率。种子萌发所需时间较长，无法在课堂上完整地呈现整个实验过程，教师运用智慧课堂平板沟通实验进度，能将实验教学时间从课堂扩展至课前、课中、课后，将学习空间从学校扩展至家校，不仅能突破教学时间和空间限制，还能培养学生在实际生活情景中运用知识进行实践的能力。

二、在信息化背景下开展实验教学的优势

1.拓展实验宽度，突破探究难点

将信息化手段融入生物学实验教学，能有效拓展实验探究的宽度。首先，运用信息化测量工具获取实验数据，能使实验现象更直观、结果更准确，突破实验教学的难点；其次，将信息化交流工具与实验教学紧密结合，能突破实验教学的时空限制，能充分利用碎片化时间完成耗时较长的实验探究，学生还能在教师的远程指导下完成课后自主探究与实践；最后，利用信息化手段进行模拟实验，使替代难以获得的实验材料、缩短漫长的探究周期、生成电子虚拟模型、放大微观结构等成为现实。

2.助力自主探究，实现课堂转型

利用信息化手段辅助实验教学，能为学生自主探究提供助力，实现课堂向学科育人转型。各种信息化工具能给学生提供充足的自主探究工具包，促使学生在完成收集整理探究资料、设计探究方案、沟通交流分享等探究过程中有更多样化的空间，让学生成为整个探究活动的主体，实现实验课堂从教师的“教”转向学生的“学”。学生在自主探究的氛围中，有更多机会培养科学探究思维和能力，关注知识与实际生活的联系，进而达到新课标要求的生物学核心素养培养目标。

3.建立数字化实验探究资源库

在运用信息化手段进行实验探究的过程中，会产生大量的文字、图片、视频等数字化实验材料。教师将这些材料归纳整理并分类存档，可建立实验探究的数字资源库，为今后的实验教学提供丰富的素材。自建资源库中的素材相较网络上搜到的素材更贴近实际教学情况，其真实而亲切的质感更能吸引学生主动参与到探究活动中。

【本文为云南省教育科学规划领导小组办公室批准的云南省教育科学规划单位资助课题“信息化背景下初中生物实验教学优化研究”（课题批准号：BE21027）的研究成果之一】

责任编辑 邱艳